坡面流阻力产生机理和定量化的实验研究

坡面流是指由降雨形成、在重力作用下沿坡面运动的浅层水流。坡面流阻力是反映坡面流水流特性的一个关键参数。研究坡面流阻力规律对了解坡面流水流特性、坡面水流汇流过程、土壤侵蚀、坡面产沙机理和非点源污染物迁移都非常重要。本研究计划通过理论分析和室内实验相结合的办法，探讨不同条件下的坡面流阻力的组成部分、产生机理和定量分析方法。实验设计采用不同条件下多组次的差别对比分析，采用无量纲分析和非线性回归的方法，逐步建立坡面流阻力各个组成部分的定量表达公式，最后综合前人以及本项目的实验资料，建立具有普适意义的坡面流阻力模型。本研究将引进国外的坡面流流速测定方法，以提高坡面流测速的准确性。本项目也是国内外首次全面研究多坡度、多泥沙粒径、多种粗糙单元不同密度等条件下坡面流阻力的规律，不仅具有重大的理论创新意义，而且在陡坡区的防洪减灾及水土流失防治等实践方面具有明显的指导意义。

坡面流和明渠水流有较大的相似性，但由于水深的不同，因此，两者的阻力组成部分及估算明显不同。通过实验研究，分析其不同，并探讨坡面流的形成机理很有必要。本研究经过理论推导、实验研究和资料分析，探讨了不同坡度、不同流量、不同糙度、定床/动床等条件下的坡面流阻力的组成部分，深入了解了坡面流阻力各个部分的产生机理，并结合无量纲分析和非线性回归的方法，建立坡面流阻力各个组成部分的定量表达公式，并结合国内外的试验资料，建立具有普适意义的坡面流阻力模型。本研究引进了国外的坡面流流速测定方法--盐度计测量法，结合计算盐水溶液团的几何中心，全面提高了坡面流测速的准确性。本研究得出的坡面流阻力模型可以应用到流域模型、水质模型中去，对于进一步探讨坡面流研究如何借用明渠水力学的公式具有明显的理论意义。研究成果也可以指导不同地区不同条件下的水土流失防治措施等生产实践活动。